飞秒激光技术应用于超大容量光纤通信中

1. 密集波分复用DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）
波分复用技术是把不同波长的多个信道用同一根光纤来传输。目前能达到的最新技术指标是：在1550nm波长窗口用的宽带掺铒光纤放大器（WEDFA）使可提供平坦增益的波长范围已从约30nm加宽到80nm，信道波长间隔已缩至0.25nm。如果实现100 nm范围内间隔0.25nm的密集波分复用，其复用路数多达400路以上，以每路2.5Gb/s计算即可达1Tb/s。虽然全世界都在积极发展DWDM技术，可是，随着信道数目的增加，DWDM将遇到很大的技术难题而变得不实用，例如信道的管理和监控问题，增益平坦度问题，非线性串扰问题以及复用/解复用问题等。
2. 光时分复用OTDM（Optical Time Division Multiplexing）
电子学能达到的数字速率极限一般认为是10Gb/s，称为“电子瓶颈”，为了进一步提高单一信道的比特率，必须通过OTDM来突破“电子瓶颈”的限制。这必须依靠超快和全光器件。要建立一套实用的OTDM系统，可靠、小型、廉价的飞秒光电半导体器件是必不可少的，其中尤其是飞秒激光脉冲光源和飞秒全光开关。
1) 飞秒激光脉冲产生技术
要为Tb/s级光通信提供稳定的信号源，激光器必须能产生峰值光强稳定的高重复频率超快脉冲序列。实现飞秒脉冲光源有多种方案，例如：
光纤飞秒激光器
采用超连续光源，超连续光源的产生主要是利用光纤内的各种非线性效应引起谱展宽，综合利用光纤的非线性效应和色散效应引起的孤子效应产生变换极限的超短脉冲，通过光谱切片技术选出一系列不同波长的光源；
采用多波长锁模光纤激光器，即采用光纤光栅或滤波器作为选频器件，或采用色散补偿光纤增加腔内色散实现多个波长振荡，得到多波长输出的锁模脉冲。
采用主动锁模掺铒光纤环形激光器（ML-EDFRL）产生锁模超短脉冲序列，通过高饱和输出功率的掺铒光纤放大器（EDFA）将脉冲峰值功率放大到1W以上，然后泵浦超连续光纤，产生宽带、强度平坦的超连续（SC）光谱。这样，通过光学带通滤波器（OBF）就可以取出一系列脉宽可调（皮秒量级到飞秒量级）的近变换极限脉冲
半导体飞秒激光器
采用多个增益开关半导体激光器，通过高速调制产生比调制电脉冲窄得多的光脉冲，通过正色散光纤和滤波器消啁啾技术得到一系列不同波长的变换极限OTDM/WDM光源；
采用脉冲碰撞锁模分立封闭异质节多量子井(GRIN-SCHMQW)半导体激光器，可以产生非常稳定的500GHz光脉冲序列。利用谐波同步锁模技术很好的抑制了信号抖动。再对500GHz脉冲利用光纤倍增技术实现1THz的信号源。
最近，日本FESTA实验室通过半导体激光器结合光纤脉冲压缩技术，产生了世界上最短的光脉冲。飞秒级光脉冲在传播过程中，受到的色散影响将会很严重，必须采取必要的色散补偿措施。FESTA利用色散补偿光纤方法实现了250fs光脉冲的139km的传输。
2 ) 光子节点器件技术
在新一代光通信网络中，光子节点结构的设计是一个关键课题。光子节点需要用到各种各样的光开关，实现光信息系统中大容量信息在网络光路中高速分组切换与选择吸收。这些光开关的动作必须由光子来触发，因为其开关时间要求达到100fs的量级，用电子的方法不可能达到这样的速度。全光开关一般是基于超快非线性光学原理的，最近多种新型的飞秒全光开关受到重视，例如
基于半导体量子井交叉能带跃迁
用这种新型光开关(InGaAs/AlAsSb耦合量子井)，成功实现了1Tb/s的解复用。
基于对称 Mach-Zehnder（SMZ）
SMZ可以用长迟豫时间的非线性光学材料做成飞秒级的全光开关。使用两臂信号光偏振态相异的SMZ实现了1.5Tb/s的解复用。